УДК 523.98

РЕЖИМЫ СВЕЧЕНИЯ КОРОНЫ В ЛИНИИ X 530.3 нм

В ЦИКЛАХ 18-22

 

О.Г. Бадалян¹, [Г.В. Куклин²], В.Н. Обридко¹, Ю. Сикора³

 

REGIMES OF CORONAL EMISSION IN THE X530.3 nm

IN CYCLES 18-22

O.G. Badalyan¹, [G.V. Kuklin²], V.N. Obridko¹, J. Sykora³

 

 

Histograms of the green corona brightness distribution in solar cycles 18-22 are studied by the statistical principal component analysis. The varia-tions in the green line intensity are described in terms of the evolving dis-tribution model where four evolution regimes can be identified. The criteria for identifying the emission regimes of the green corona are considered. A time-latitude diagram, representing the space-time distribution of these regimes, is plotted for five activity cycles. Relationships are revealed between the evolution regime parameters and Wolf numbers, which characterize the relation between the local and large-scale coronal fields.

 

Изучаются гистограммы распределений яркости зеленой короны в 18-22 циклах активности с помощью статистического метода главных ком-понент. Изменения интенсивности зеленой линии описываются в рамках модели эволюционирующего распределения, в котором можно выделить четыре режима эволюции. Рассмотрены критерии выделения режимов свечения зеленой короны. Для пяти циклов активности построена диа-грамма "широта-время", представляющая пространственно-временное распределение этих режимов. Выявлены соотношения, связывающие па-раметры эволюционных режимов с числами Вольфа и характеризующие связь между локальными и крупномасштабными корональными полями.

 

Введение

В предыдущих работах [1, 21 исследовались распределения по интенсивности зеленой линии (гистограммы) в циклах 20-21. Ста-тистический анализ проводился методом главных компонент (МГК). Было обнаружено, что изменение гистограмм с фазой цик-ла описывается в рамках модели эволюционного развития. На эво-люционной кривой можно выделить четыре режима эволюции зе-леной короны (А, В, С, D).

В данной работе исследования продолжены на новом, более длинном ряде данных. Были подтверждены многие выводы пре-дыдущих работ. Более детально рассмотрен вопрос об объектив-ном критерии выделения эволюционных режимов свечения зеле-ной короны. Исследованы циклические изменения трех первых коэффициентов в полученных по МГК разложениях и их связь числами Вольфа, характеризующими активность в низкоширот-ной зоне на уровне фотосферы.

 

Четыре режима свечения зеленой корональной линии

Настоящая работа основана на данных о яркости зеленой коро-ны за период 1943-1993 гг. (18-22 циклы). Процесс гомогенизации данных подробно описан в [3]. База данных дает полный обход диска на каждый день с шагом 5њ по позиционному углу (72 точки вдоль лимба) и относится к высоте 60" над лимбом.

Как и ранее в [1, 2], данные были разбиты на полугодовые ин-тервалы и на три широтные зоны: экваториальная (0-22.5њ), сред-неширотная (22.5-52.5њ) и полярная (52.5-90њ) (Северное и Южное полушария объединены). Для каждого из этих широтно-временных интервалов были построены распределения по интен-сивности зеленой линии (гистограммы с шагом 10 абсолютных корональных единиц, алее.), которые можно интерпретировать как распределения по объектам с соответствующей яркостью (подробнее см. в [1, 2]).

МГК состоит в нахождении собственных векторов (главных компонент), по которым могут быть разложены полученные ис-ходные распределения интенсивности. Эта процедура в неко-тором смысле подобна разложению в ряд Фурье, однако функ-ции разложения в методе главных компонент не задаются заранее, как при Фурье-анализе, а определяются в процессе расче-тов. Получаемые коэффициенты разложения Ст показывают вклад каждой компоненты в исходное распределение.

Ниже мы будем рассматривать три первых коэффициента , Ст (га - 1, 2, 3) для каждого исходного распределения. Эти ко-эффициенты можно представить как координаты изображаю-щих точек в трехмерном пространстве С1 С2 Сз

Расчеты, проведенные по новой базе данных и на большем временном интервале, подтвердили сделанный ранее в [1, 2] вы-вод о том, что изменение распределений яркости с фазой цикла и с широтной зоной описывается эволюционной моделью с че-тырьмя режимами эволюции. Изображающие точки с координа-тами (Ci, С2, С3) в проекции на плоскости CiC2, С1С3, C2C3 рас-полагаются б пределах сравнительно узких криволинейных по-лос, т.е. в трехмерном пространстве CiC2C% они образуют нечто типа трубки. В проекциях выделяются участки А, В, С и D, при этом участки С и D не разделяются на плоскости CiC2;, но раз-деляются в других проекциях. Рост солнечной активности соот-ветствует убыванию коэффициентов Cj и С2, на фазе спада эти коэффициенты возрастают. Коэффициент С3 с ростом актив-ности убывает в пределах режимов D и С, а затем возрастает по мере развития режимов В и А.

Выяснилось, однако, что выделение четырех режимов следует проводить иначе, чем это представлялось в [1, 2J. Ранее мы пола-гали, что на графиках C2-Ci и C3-Ci режимы эволюции просто от-

деляются промежутками на соответствующих кривых. В новых же расчетах не во всех циклах эти промежутки оказались отчетливо выраженными. При этом выяснилось, что переход от одного ре-жима к другому связан со сменой знаков коэффициентов С2 и Cg. Эти изменения знаков С2 и С3 могут использоваться для вы-деления четырех эволюционных режимов. Режиму А соответству-ет случай С2<0, С3>0, режиму В - случай С2<0, С3 <0, режиму С - случай С2>0, С3<0 и режиму D случай С2>0, С3>0. Таким об-разом, при переходе от режима С к режиму В и обратно изменя-ется знак коэффициента С2, а при переходах между режимами А-В и C-D изменяется знак С3. Это характеризует изменение ро-ли каждой из собственных функций в описании различных эволю-ционных режимов, иначе говоря, связано с формой соответствую-щей гистограммы.

Гистограммы, соответствующие четырем режимам, можно опи-сать следующим образом.

Режим А - активная экваториальная корона - возникает .в низ-ких широтах ф < 30њ в эпоху переполюсовки или немного ранее и существует примерно до середины фазы спада. По нашему мне-нию, этот режим связан с существованием больших комплексов активности, над которыми располагаются крупные и яркие коро-нальные структуры. Максимум гистограммы 1т (наиболее вероят-ная интенсивность линии в данном полугодии) попадает в интер-вал 50-100 а.к.е. В области больших величин ("хвост" гистограммы) интенсивности 1А всегда достигают 300 а.к.е. и более.

Режим В достигает зоны спокойных волокон и длительное вре-мя существует на соответствующих широтах. Максимум гисто-граммы лежит в области 15-50 а.к.е. Переход от режима А к ре-жиму В происходит довольно быстро, поэтому и положение точ-ки 1т резко смещается в область малых значений. "Хвост" кри-вой значительно меньше, чем у режима А, и достигает зна-чений 100-200 а.к.е.

Режимы С и D - слабая корона высокоширотных областей. Режим С имеет максимум гистограммы в области 10-20 а.к.е., "хвост" доходит только до значений 50-80 а.к.е. Режим D не имеет максимума гистограммы, т.е. наиболее вероятные значе-ния интенсивности зеленой линии не превышают 10 а.к.е. В пе-риоды минимума активности в полярной зоне гистограмма ре-Жима D вся заканчивается при 30-50 а.к.е.

В разных циклах переход от одного режима к другому про-исходит при различных интенсивностях.

 

Диаграмма "широта-время" для циклов 18-22

На рис. 1 приведена диаграмма "широта-время" для пяти цик-лов активности. На ней показаны границы между режимами све-чения зеленой короны. Методика вычисления границ режимов на

 

диаграмме описана в [2]. В отличие от [1, 2, 4], в данной работа границы между режимами С и D определены по коэффициенту^ С2, что позволило разделить их. Рассмотрение диаграммы на рис. 1 показывает развитие всей картины во времени. В минимум активности полярная корона (режим D) распространяется практич чески на все широты вплоть до экватора. После начала фазы рос-та в низких широтах появляется режим С, быстро сменяющийся режимом В, который достигает наиболее высоких широт (' 60њ) в начале фазы максимума. В период максимума в экваториальной зоне появляется режим А, существующий в течение большей час-ти фазы спада. После максимума высокоширотная граница режи-ма В дрейфует к широтам 45-50њ (зона спокойных протуберанцев). Там она остается до конца фазы спада, а затем опускается к эква-тору. Место режима В в низких широтах занимает режим С, а по-| лирная корона (режим D) вновь опускается до широт около 6(3њ. В полярной зоне практически все время существует режим D, толь-1 ко в периоды максимумов туда проникает режим С.

Отметим два интересных эффекта, выявленных в ходе анализа. Широта, до которой распространяется режим А в данном по-лугодии, оказалась связанной с соответствующим средним по-лугодовым числом Вольфа. Это показано на рис. 2. Коэффи- | циент корреляции г=0.794+0.053. По-видимому, этот факт гово- , рит о том, что пространственное и временное распределение режимов свечения короны имеет глубинную связь с эволюцией солнечных магнитных полей.

Второй результат был получен при сопоставлении коэффи-циентов разложения с числами Вольфа W. Оказалось, что наилуч-шую корреляцию (с отрицательным знаком) с числами Вольфа имеет второй коэффициент разложения для среднеширотной зо-ны, коэффициент корреляции г=0-894+0.020. На рис. 3 представ-лена кривая чисел Вольфа и циклические изменения коэффици-ента Сз для среднеширотной зоны. Из сопоставления этих двух

 

 

кривых можно сделать вывод, что изменения коэффициента С2 довольно точно, вплоть до многих деталей, повторяют изменения чисел Вольфа. Нетривиальным является то, что такая высокая корреляция обнаруживается между числами Вольфа, характери-зующими активность в низких широтах, и коэффициентом Сг для среднеширотной зоны, в которой пятен практически нет. В то же время связь между коэффициентом Сз для экваториальной зоны (0+22.5њ) и числами Вольфа заметно ниже (г=0.787+0.038).

 

Заключение

В работе метод главных компонент применен к новой базе дан-ных по интенсивности зеленой корональной линии за 18-22 циклы активности. МГК дает возможность получить некоторый набор па-раметров, характеризующих общее пространственно-временное состояние солнечной активности (в данном случае интенсивности зеленой линии). Таким образом, многие эволюционные характерис-тики солнечной активности, которые ранее имели только качест-венную оценку, получают количественное описание. В частности, набор коэффициентов разложения представляет собой как бы паспорт" данного режима эволюции яркости зеленой короны.

 

Уже в начале исследования был обнаружен ряд интересных закономерностей. Некоторые из них описаны ранее в [1, 2]. В настоящей работе мы подтвердили многие выводы на новой основе и с применением более надежного метода разбиения на режимы. Переходы из одного режима в другой происходят в специфических точках циклической кривой солнечной активности, определяемых по набору индексов солнечной активности.

Построена новая диаграмма "широта-время", на которой удалось показать распределение всех четырех режимов в пространстве и во времени. Найдено, что высокоширотная граница режима А тесно связана с уровнем активности, характеризуемым числами Вольфа. Сочетание этого эффекта с выявленной высокой корреляцией второго коэффициента разложения для сред неширотной зоны и чисел Вольфа (характеризующих активность в низкоширотной зоне на уровне фотосферы) указывают на реально, по-види-мому, существующую, но до конца не ясную связь крупномасштабных и локальных полей.

Многие найденные нами закономерности в поведении коэффициентов С_m и некоторых других индексов, характеризующих рассматриваемые нами гистограммы, свидетельствуют о том, что а данных, представленных в виде гистограмм, содержится большое количество информации, которая ускользает при исследовании

циклических вариаций I_l (являющихся фактически интегралом от рассматриваемых гистограмм).

 

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, грант N 99-02-18346 и грантом VEGA 2/1022/21 Словацкой академии наук.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бадалян О.Г., Куклин Г.В. Яркость зеленой короны и переломные точ^ ки в цикле 21 // Астрономический журнал. 1993. Т. 70, С. 856-866.

2. Badalyan O.G., Kuklin G.V. Evolutionary regimes of the green-line corona brightness during cycles 20-21 // Astron. and Astrophys. Transact: 2000. V. 18. N 6. P. 839-859.

3. Sykora J. Some remarks on the summary use of existing corona measure-ments // Bull. Astron. Inst Czechosl. 1971. V. 22. P. 12-18.

4. Бадалян О.Г., Куклин Г.Б., Обридко В.Н., Сикора Ю. Динамика режи-мов свечения зеленой короны в циклах 18-22 // Крупномасштабная структура солнечной активности: достижения и перспективы/ Под. ред. В.И. Макарова и В.Н. Обридко. СПб.: ПИЯФ, 1999. С. 5-10.

 

¹ИЗМИРАН \

²ИСЗФ СО РАН

³АИ САН